Кіріспе

Бір өзгермелі теңдеулердің шешімдерін шамалау үшін қолданылатын сандық әдіс. Математикада, regula falsi, жалған позиция әдісі немесе жалған позиция әдісі – бір белгісізі бар теңдеуді шешудің өте көне әдісі; бұл әдіс, өзгертілген түрінде, әлі де қолданылуда. Қарапайым тілмен айтқанда, бұл әдіс – айнымалы үшін сынақ ("жалған") мәндерді қолданып, нәтижеге қарай сынақ мәнін реттеу арқылы іздеу және қателік жасау тәсілі. Бұл кейде "болжау және тексеру" деп те аталады. Әдістің нұсқалары алгебраның пайда болуына және теңдеулерді қолдануға дейін пайда болған. Мысалы, Ринд папирусындағы 26-шы мәселені қарастырайық, онда 1=x + x/4 = 15 теңдеуінің (қазіргі заманғы нотациямен жазылған) шешімі сұралады. Бұл жалған позиция әдісімен шешіледі. Бірінші кезде, 1=x=4 деп болжайық, сол жақта 1=4 + 4/4 = 5 аламыз. Бұл болжау жақсы, себебі ол бүтін сан мәнін береді. Дегенмен, 4 – бастапқы теңдеудің шешімі емес, өйткені ол үш есе кішкентай мән береді. Бұны өтеу үшін, x (қазіргі 4) санын 3-ке көбейтіп, 1=12 + 12/4 = 15 алу үшін қайтадан қоямыз, осылай шешімнің 1=x = 12 екенін растаймыз. Техниканың қазіргі нұсқалары жаңа сынақ мәндерін таңдаудың жүйелі тәсілдерін қолданады және шешімге жуықтау табуға бола ма, жоқ па, ал егер болатын болса, бұл жуықтау қаншалықты жылдам табылуы мүмкін деген сұрақтарды қарастырады.

Регламенттің жақсаруы

Регула фалси әрқашан бірге түйіседі, бірақ әдетте екіге бөлуден едәуір жылдам, дегенмен кейде оның түйісуін баяулататын жағдайлар туындайды. Бұл мәселе тек регула фалсиге тән емес: екіге бөлуден басқа, сандық теңдеулерді шешудің барлық әдістері кейбір жағдайларда баяу немесе түйіспеу мәселесіне тап болуы мүмкін. Кейде Ньютон әдісі мен секант әдісі түйіспей, керісінше, тарап кетеді – және мұндай жағдайлар регула фалсидің түйісуін баяулататын жағдайлармен бірдей болады. Бірақ, регула фалси ең жақсы әдістердің бірі болып табылады, тіпті оның бастапқы, жақсартусыз нұсқасы да көбінесе ең жақсы таңдау болады; мысалы, Ньютон әдісін қолдану мүмкін болмағанда, себебі туындыны есептеу тым көп уақыт алады, немесе Ньютон әдісі мен тізбектей алмастырулар түйіспеген жағдайларда. Регула фалсидің қателік режимін анықтау оңай: бірдей соңғы нүкте қатарынан екі рет сақталады. Бұл мәселені оңай шешу үшін, оның орнына, осы сирек кездесетін қолайсыз жағдайларға байланысты баяулауды болдырмау үшін таңдалған, өзгертілген жалған позицияны таңдау керек. Регула фалсиді жақсартуға арналған бірнеше ұсыныс жасалған; олардың екеуі – Иллинойс алгоритмі және Андерсон-Бьорк алгоритмі төменде сипатталған.

Іс жүзіндегі ескертулер

Компьютер арқылы бір теңдеуді немесе бірнеше теңдеуді шешу кезінде екіге бөлу әдісі қолдануға лайықты. Бисекция басқа әдістердей жылдам болмаса да, олар ең жақсы жағдайда жұмыс істеп, қиындықтар туындамаса, бисекция пайдалы жылдамдықпен міндетті түрде жақындасады, әр итерацияда қателікті шамамен екі есеге азайтады – әр 3 итерацияда шамамен бір ондық таңбаға дейін дәлдікке жетеді. Есептеуді қолмен немесе калькулятормен жасағанда, жылдам әдістерді пайдалануға бейімділік танытасыздар, және олар көбінесе, бірақ әрқашан емес, бисекциядан жылдам жақындасады. Бірақ компьютер, тіпті екіге бөлу әдісін қолданса да, теңдеуді қажетті дәлдікпен өте жылдам шешеді, сондықтан уақытты үнемдеу үшін сенімсіз әдістерді қолданудың қажеті жоқ – ал кез келген әдіс бисекциядан сенімсіз. Егер компьютерлік бағдарлама жұмыс істеу кезінде көптеген теңдеулерді шешуге мәжбүр болса, бұл жағдай ерекше болып табылады. Онда жылдам әдістердің үнемдеген уақыты маңызды болуы мүмкін. Осы жағдайда бағдарлама Ньютон әдісімен басталуы мүмкін, ал Ньютон әдісі жақындаспаса, онда regulae falsi әдісіне немесе оның жақсартылған нұсқаларына, мысалы, Иллинойс немесе Андерсон-Бьёрк нұсқаларына ауысуға болады. Егер тіпті ол да бисекция сияқты жақындаспаса, онда бисекцияға ауысыңыз, ол әрқашан пайдалы, болмаса да керемет жылдамдықпен жақындасады. Егер y-тің өзгеруі өте аз болса және x-тің өзгеруі де шамалы болса, онда Ньютон әдісі қиындыққа тап болмайды және жақындасады. Осылайша, осындай жағдайларда, қате өте аз болғанын және жақындасу өте жылдам болғанын қаласаңыз, Ньютон әдісіне ауысуға болады.